طور فريق بحث في University of California, Berkeley تقنية جديدة لخلية التحليل الكهربائي، تحسن تصميم الأقطاب بشكل كبير لإطالة عمر معدات إنتاج الهيدروجين. من المتوقع أن تقلل هذه الابتكار في تقنية خلية التحليل الكهربائي من تكلفة إنتاج الهيدروجين النظيف، وتعزز تطبيق الهيدروجين في مجالات النقل والتخزين الطاقي.

قاد البروفيسور Shannon Boettcher في قسم الهندسة الكيميائية والهندسة الجزيئية الحيوية الفريق البحثي الذي ركز على دراسة خلية التحليل الكهروكيميائي بغشاء تبادل الأنيونات. قال Boettcher: "نحن نطور تقنيات التحليل الكهربائي لإنتاج الهيدروجين باستخدام الطاقة المتقطعة، وإذا نجحت هذه التقنية لخلية التحليل الكهربائي، فمن المتوقع أن تنخفض تكلفة المعدات 5 إلى 10 أضعاف."

تشمل الخلايا التحليل الكهربائي الرئيسية حاليًا خلية التحليل القلوية السائلة وخلية التحليل بغشاء تبادل البروتون. الأولى تستخدم محلولًا قلويًا قويًا كإلكتروليت، وصيانتها معقدة؛ أما الثانية فتعتمد على معدن الإيريديوم الباهظ الثمن كمادة للأقطاب، وتحتاج إلى مركبات فلورية لتثبيت البوليمر. تجمع التقنية الجديدة لخلية التحليل الكهربائي بين مزايا غشاء البوليمر الصلب وفعالية التكلفة للإلكتروليت القلوي.

اكتشف فريق البحث أن تدهور الأقطاب يحدث بشكل رئيسي في منطقة الأنود، حيث يسحب الشحنة الإيجابية إلكترونات من جزيئات البوليمر، مما يسرع تآكل أيونات الهيدروكسيد للمادة. شرح Boettcher: "أحد أسباب فشل البطارية هو هذه التفاعلات الجانبية، حيث تتفاعل الإلكترونات في المادة مع الإلكتروليت، مما يؤدي إلى انخفاض أداء الجهاز."

لحل هذه المشكلة، أدخل الفريق بوليمرًا غير عضوي من أكسيد الزركونيوم في منطقة الأنود، ليشكل طبقة واقية تغطي البوليمر العضوي الحساس. هذا التصميم خفض معدل التدهور لخلية التحليل الكهربائي مئات المرات، مما يمهد الطريق للتطبيق التجاري. نُشرت نتائج هذا البحث في مجلة Science.

أشار Boettcher: "تواجه إنتاج وتخزين ونقل الهيدروجين تحديات، لكن تقنية خلية التحليل الكهربائي تتقدم بسرعة." مع انخفاض تكاليف الطاقة المتجددة المستمر، ستعزز هذه الابتكار في تقنية خلية التحليل الكهربائي تطوير إنتاج الهيدروجين بالتحليل المائي على نطاق واسع، وتوفر حلول طاقة نظيفة للنقل الثقيل وتخزين الشبكة الكهربائية.